ไม่กี่ร้อยพันปีหลังจากบิ๊กแบงซุปที่ร้อนและอ่อนเยาว์ของจักรวาลของเราเย็นพอสำหรับกลุ่มอาคารขนาดเล็กที่สุดที่จะรวมกันเป็นอะตอมเป็นครั้งแรก วันหนึ่งที่มีอุณหภูมิ 6,700 องศาฟาเรนไฮต์ (3,700 องศาเซลเซียส) อะตอมฮีเลียมเปล่งประกายสู่โปรตอนเดี่ยวซึ่งจริง ๆ แล้วเป็นไอออนไฮโดรเจนที่มีประจุบวก
นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาโมเลกุลรุ่นแรกในห้องปฏิบัติการมาเป็นเวลาเกือบหนึ่งศตวรรษ แต่พวกเขาไม่เคยพบร่องรอยของมันในจักรวาลสมัยใหม่ของเรา - จนถึงปัจจุบัน ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวันนี้ (17 เมษายน) ในวารสาร Nature นักดาราศาสตร์รายงานการใช้กล้องโทรทรรศน์อากาศเพื่อตรวจจับ HeH + ที่ระอุในเมฆก๊าซรอบดาวฤกษ์ใกล้ตายซึ่งอยู่ห่างออกไป 3,000 ปีแสง
จากการวิจัยพบว่าการค้นพบนี้ซึ่งใช้เวลานานกว่า 13 พันล้านปีในการสร้างแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า HeH + นั้นเกิดขึ้นตามธรรมชาติในสภาพคล้ายกับที่พบในเอกภพยุคแรก
“ แม้ว่า HeH + มีความสำคัญ จำกัด บนโลกในวันนี้เคมีของจักรวาลเริ่มต้นด้วยไอออนนี้” ทีมเขียนในการศึกษาใหม่ "การตรวจจับที่ไม่น่าสงสัยรายงานไว้ที่นี่จะนำการค้นหาที่มีความสุขมาหลายทศวรรษเป็นเวลานานในที่สุด"
โมเลกุลแรกในจักรวาล
HeH + เป็นกรดที่รู้จักมากที่สุดในโลกและถูกสังเคราะห์ขึ้นครั้งแรกในห้องแล็บในปี 1925 เพราะมันทำมาจากไฮโดรเจนและฮีเลียมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีอยู่มากที่สุดในจักรวาลและเป็นครั้งแรกที่เกิดจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ของบิ๊กแบง 13.8 พันล้าน หลายปีที่ผ่านมา - นักวิทยาศาสตร์ทำนายมานานแล้วว่าโมเลกุลเป็นสิ่งแรกที่เกิดขึ้นเมื่อเอกภพการทำความเย็นอนุญาตให้โปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอนอยู่เคียงข้างกันในอะตอม
นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถย้อนกลับจักรวาลเพื่อค้นหาโมเลกุลที่เพิ่งเกิดใหม่นี้ได้ แต่พวกเขาสามารถมองหามันในส่วนของจักรวาลสมัยใหม่ที่ดีที่สุดในการจำลองสภาพอากาศร้อนจัดและซูเปอร์หนาแน่นเหล่านั้นให้ดีที่สุด - ในเนบิวลาเล็กของก๊าซและพลาสมา ของดาวที่กำลังจะตาย
เนบิวลาดาวเคราะห์ที่เรียกว่าดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นเมื่อดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ถึงจุดจบของชีวิตระเบิดเปลือกนอกออกไปและยุบตัวลงในดาวแคระขาวเพื่อให้เย็นลงในลูกบอลคริสตัล เมื่อดาวที่กำลังจะตายเย็นลงพวกมันยังคงแผ่ความร้อนออกมาพอที่จะแยกอะตอมไฮโดรเจนของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้ ๆ และเปลี่ยนอะตอมให้กลายเป็นโปรตอนเปลือยที่จำเป็นสำหรับ HeH +
การตรวจจับ HeH + แม้ในเนบิวล่าดาวเคราะห์ที่ใกล้ที่สุดไปยังโลกก็เป็นเรื่องยากเพราะมันส่องแสงที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดที่ถูกบดบังได้ง่ายจากชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ของเรา ในการศึกษาใหม่นักวิจัยได้เผชิญกับหมอกควันในชั้นบรรยากาศด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์ไฮเทคซึ่งติดตั้งอยู่บนเครื่องบินเคลื่อนที่ที่เรียกว่า SOFIA (หอดูดาว Stratospheric สำหรับดาราศาสตร์ดาราศาสตร์อินฟราเรด)
ในช่วงสามเที่ยวบินในปี 2559 ทีมได้ฝึกกล้องโทรทรรศน์ของโซเฟียในเนบิวลาดาวเคราะห์ชื่อ NGC 7027 ประมาณ 3,000 ปีแสงจากโลก ดาวกลางของเนบิวลาเป็นหนึ่งในดาวฤกษ์ที่ร้อนแรงที่สุดเท่าที่เคยมีมาในท้องฟ้านักวิจัยเขียนและคาดว่าจะมีการปลดปล่อยเปลือกนอกของมันเมื่อประมาณ 600 ปีก่อน เนื่องจากเนบิวลาที่อยู่โดยรอบนั้นมีความร้อนหนุ่มและกะทัดรัดจึงเป็นจุดที่เหมาะสำหรับการล่า HeH + ความยาวคลื่น ตามที่นักวิจัยนั่นคือสิ่งที่โซเฟียค้นพบพวกเขา
“ การค้นพบของ HeH + เป็นการสาธิตที่น่าทึ่งและสวยงามของแนวโน้มของธรรมชาติในการสร้างโมเลกุล” David Neufeld ผู้เขียนร่วมศึกษาศาสตราจารย์ของ Johns Hopkins University ในบัลติมอร์กล่าวในแถลงการณ์ แม้จะมีส่วนผสมที่ไม่มีท่าว่าจะใช้ได้ แต่ส่วนผสมของไฮโดรเจนกับฮีเลียมก๊าซมีตระกูลที่ไม่มีปฏิกิริยาและสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่อุณหภูมิหลายพันองศาเซลเซียสเป็นโมเลกุลที่เปราะบาง "
